CN210343295U

CN210343295U - 一种固井用管外封隔器

Info

Publication number: CN210343295U
Application number: CN201920889158.7U
Authority: CN
Inventors: 赵林; 王海娟; 杨军虎; 马海; 颜江霏; 曾欣; 张娜
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Petroleum Engineering Technology Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Petroleum Engineering Technology Research Institute of Sinopec Henan Oilfield Branch Co
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2029-06-13

Abstract

本实用新型涉及一种固井用管外封隔器。固井用管外封隔器包括中心管和套装在中心管外部的可膨胀胶筒，中心管上还固定套装有上、下胶筒固定套，固井用管外封隔器还包括上、下活塞腔，中心管的管壁上设有上、下钻井液进口，上活塞腔下腔壁和下活塞腔上腔壁上分别设有上、下水泥浆进口，两水泥浆进口处分别设有进液单流阀；固井用管外封隔器还包括连通上活塞腔下腔与可膨胀胶筒的上连通通道以及连通下活塞腔上腔与可膨胀胶筒的下连通通道，上、下连通通道上分别设有出液单流阀。水泥浆可同时从上下两侧进入可膨胀胶筒，使可膨胀胶筒各部位膨胀程度基本保持一致且提高了充填效率；省去了滑动密封套，解决了现有管外封隔器动态密封难以保证的问题。

Description

一种固井用管外封隔器

技术领域

本实用新型涉及一种固井用管外封隔器。

背景技术

随着工业的不断发展，常规油气田的开发已经进入中后期，复杂油气藏的开发越来越受到人们的重视。油气藏开发过程中，由于井下情况复杂多变、可能存在多个层系、纵向油水关系矛盾突出等，经常出现流体窜层现象，严重影响生产。为防止地层间流体窜层，通常采用的手段是利用管外封隔器在套管与井筒之间的环空形成桥堵，从而实现层间封隔。目前国内普遍采用的固井用管外封隔器为液压膨胀式管外封隔器，填充流体大多是水或泥浆。由于水和泥浆是流体状态，一旦封隔器座封阀密封失效，封隔器里面填充的水或泥浆就会流失，封隔器也将因此而失去封隔作用。

为克服现有技术的不足，授权公告号为CN203961897U的中国实用新型专利提出了一种水泥浆填充管外封隔器封窜工具，该封窜工具包括中心管和液压填充膨胀机构，液压填充膨胀机构包括套装在中心管外部的可膨胀胶筒、设置在可膨胀胶筒上方的活塞腔以及设置在可膨胀胶筒下方的滑动密封套，滑动密封套与中心管滑动密封配合，活塞腔内安装有环状活塞而将活塞腔分为上、下两部分，上活塞腔的腔壁上设有连通中心管的上传压孔，下活塞腔的腔壁上设有连通外部环空的下传压孔，下活塞腔与可膨胀胶筒连通，水泥浆由下传压孔进入下活塞腔后进入可膨胀胶筒内使其发生膨胀。

上述管外封隔器封窜工具使用时存在以下问题：（1）水泥浆进入可膨胀胶筒使其发生膨胀时滑动密封套将会向上滑动，滑动密封套与中心管之间的动态密封难以保证；（2）水泥浆充填时可膨胀胶筒各部位受力大小不同，膨胀程度不一致；（3）可膨胀胶筒充填效率较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种固井用管外封隔器，以解决现有管外封隔器的可膨胀胶筒发生膨胀时滑动密封套与中心管之间的动态密封难以保证、可膨胀胶筒各部位膨胀程度不一致且充填效率低的问题。

为实现上述目的，本实用新型固井用管外封隔器的技术方案是：

固井用管外封隔器包括上下延伸的中心管和套装在中心管外部的可膨胀胶筒，中心管上还固定套装有上、下胶筒固定套，可膨胀胶筒的上端插装于上胶筒固定套的下端部内而被约束，可膨胀胶筒的下端插装于下胶筒固定套的上端部内而被约束；固井用管外封隔器还包括上、下活塞腔，上、下活塞腔分别位于可膨胀胶筒的上下两侧，上、下活塞腔内分别设有活塞而将对应活塞腔分为上下两部分，中心管的管壁上设有连通上活塞腔上腔与中心管的上钻井液进口以及连通下活塞腔下腔与中心管的下钻井液进口，上活塞腔下腔壁和下活塞腔上腔壁上分别设有上、下水泥浆进口，两水泥浆进口处分别设有进液单流阀；固井用管外封隔器还包括连通上活塞腔下腔与可膨胀胶筒的上连通通道以及连通下活塞腔上腔与可膨胀胶筒的下连通通道，上、下连通通道上分别设有出液单流阀。

有益效果：本实用新型的固井用管外封隔器在使用时由于设有上下两个活塞腔，水泥浆可同时从上下两侧进入可膨胀胶筒，因此能够使可膨胀胶筒各部位膨胀程度基本保持一致且提高了充填效率；同时，由于可膨胀胶筒的上下两端均被约束，可膨胀胶筒发生膨胀时只有本身形状发生变化，其上下两端的胶筒固定套均不发生活动，因此省去了滑动密封套，从而解决了现有管外封隔器的可膨胀胶筒发生膨胀时滑动密封套向上活动，滑动密封套与中心管之间的动态密封难以保证的问题。

所述可膨胀胶筒具有上部延伸段和下部延伸段，上部延伸段和下部延伸段分别与中心管之间形成可供填充物进入的环形空间，上胶筒固定套的下端具有与可膨胀胶筒的上部延伸段过盈配合的上部配合段，下胶筒固定套的上端具有与可膨胀胶筒的下部延伸段过盈配合的下部配合段。可膨胀胶筒的上下两端分别与上胶筒固定套的下端和下胶筒固定套的上端过盈配合，使可膨胀胶筒上下两端的约束更可靠。

上胶筒固定套的上端、下胶筒固定套的下端分别固定连接有套装在中心管上的上、下缸套，上缸套上端固连有上固定套且通过上固定套与中心管固定连接，上固定套、中心管、上胶筒固定套以及上缸套围成所述上活塞腔；下缸套下端固连有下固定套且通过下固定套与中心管固定连接，下固定套、中心管、下胶筒固定套以及下缸套围成所述下活塞腔；上、下胶筒固定套与中心管之间分别具有上、下间隙，其中上间隙构成所述上连通通道，下间隙构成所述下连通通道，或者，上、下胶筒固定套上分别开设有上下延伸的上、下过流通道，其中上过流通道构成所述上连通通道，下过流通道构成所述下连通通道。

上胶筒固定套的上端与上缸套螺纹连接，下胶筒固定套的下端与下缸套螺纹连接。上、下胶筒固定套安装方便且连接可靠。

附图说明

图1为本实用新型的固井用管外封隔器的具体实施例的结构示意图；

图中：1-上接头；2-接头短节；3-上固定套；4-上液压档杆；5-上钻井液进口；6-上缸套；7-上活塞腔上腔；8-上活塞；9-上活塞腔下腔；10-上进液单流阀；11-上水泥浆进口；12-上连通通道；13-上出液单流阀；14-上胶筒固定套；15-可膨胀胶筒；16-下胶筒固定套；17-下出液单流阀；18-下连通通道；19-下水泥浆进口；20-下进液单流阀；21-下活塞腔上腔；22-下活塞；23-下活塞腔下腔；24-下钻井液进口；25-下液压档杆；26-下缸套；27-下固定套；28-下接头；29-中心管；30-上部配合段；31-上部延伸段；32-下部延伸段；33-下部配合段。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的固井用管外封隔器的具体实施例，如图1所示，包括上下延伸的中心管29，中心管29的两端分别设有上、下接头，中心管29外部套装有可膨胀胶筒15，可膨胀胶筒15包括在水泥浆进入后能够发生径向膨胀的膨胀段以及位于膨胀段上侧的上部延伸段31和位于膨胀段下侧的下部延伸段32，上部延伸段31和下部延伸段32分别与中心管29之间形成有可供水泥浆进入的环形空间。中心管29上还固定套装有上、下胶筒固定套，上、下胶筒固定套分别位于可膨胀胶筒15的上、下两端，其中上胶筒固定套14具有与可膨胀胶筒15的上部延伸段31过盈配合的上部配合段30，可膨胀胶筒15的上端插装于上胶筒固定套14的下端部内而被约束；下胶筒固定套16具有与可膨胀胶筒15的下部延伸段32过盈配合的下部配合段33，可膨胀胶筒15的下端插装于下胶筒固定套16的上端部内而被约束。在可膨胀胶筒15发生膨胀时，上部延伸段31和下部延伸段32的长度均缩短。上部延伸段31与上部配合段30的配合长度以及下部延伸段32与下部配合段33的配合长度根据套管与井壁之间的距离和胀封要求事先计算好，保证在使用时上部延伸段31不会与上部配合段30分离且下部延伸段32不会与下部配合段33分离。

上胶筒固定套14的上端螺纹连接有上缸套6，上缸套6的上端螺纹连接有上固定套3，上固定套3的内壁上设有内螺纹，上固定套3的下端与中心管29螺纹连接，上端与接头短节2螺纹连接，接头短节2上端与上接头1螺纹连接。上固定套3、中心管29、上胶筒固定套14以及上缸套6共同围成上活塞腔。下胶筒固定套16的下端螺纹连接有下缸套26，下缸套26的下端螺纹连接有下固定套27，下固定套27的内壁上设有内螺纹，下固定套27的上端与中心管29螺纹连接，下端与下接头28螺纹连接。下固定套27、中心管29、下胶筒固定套16以及下缸套26共同围成下活塞腔。上、下活塞腔内分别设有上、下活塞而将对应活塞腔分为上下两部分。

中心管29的管壁上靠近上活塞腔顶部的位置设有与上活塞腔上腔7连通的上钻井液进口5，上钻井液进口5处设有沿中心管29径向延伸的上液压档杆4。中心管29的管壁上靠近下活塞腔底部的位置设有与下活塞腔下腔23连通的下钻井液进口24，下钻井液进口24处设有沿中心管29径向延伸的下液压档杆25。上、下液压档杆被剪断时，钻井液可通过上、下钻井液进口进入上活塞腔上腔7和下活塞腔下腔23内。上活塞腔的下腔壁和下活塞腔的上腔壁上分别设有上、下水泥浆进口，两水泥浆进口处分别设有上进液单流阀10和下进液单流阀20。上胶筒固定套14与中心管29之间具有上间隙，上间隙构成连通上活塞腔下腔9与可膨胀胶筒15的上连通通道12，进入上活塞腔下腔9内的水泥浆可通过上连通通道12进入可膨胀胶筒15内部。下胶筒固定套16与中心管29之间具有下间隙，下间隙构成连通下活塞腔上腔21与可膨胀胶筒15的下连通通道18，进入下活塞腔上腔21内的水泥浆可通过下连通通道18进入可膨胀胶筒15内部。上、下连通通道上分别设有上出液单流阀13和下出液单流阀17。

本实施例中，上水泥浆进口11开设在上胶筒固定套14上，下水泥浆进口19开设在下胶筒固定套16上。当然，也可以将上水泥浆进口开设在上缸套上，下水泥浆进口开设在下缸套上。

使用时的具体实施步骤如下：

（1）将本实用新型的固井用管外封隔器通过两端的接头与套管固定连接并随套管下到井中设计位置，按照常规注水泥施工向套管内注水泥进行固井；

（2）注水泥结束后下入顶替胶塞，向套管内注入钻井液，钻井液推动顶替胶塞在套管内下行先后撞断上、下液压档杆而将上、下钻井液进口打开，顶替胶塞继续下行，实现固井碰压，水泥被顶替出套管外与地层水混合形成水泥浆；

（3）井口放压，水泥浆通过上、下水泥浆进口进入上活塞腔下腔9和下活塞腔上腔21内，该过程中两个进液单流阀打开，两个出液单流阀关闭；

（4）井口打压，套管内的钻井液通过上、下钻井液进口进入上活塞腔上腔7和下活塞腔下腔23内并推动上活塞8和下活塞22朝向可膨胀胶筒15移动，两个进液单流阀关闭，两个出液单流阀被打开，上活塞腔下腔9和下活塞腔上腔21内的水泥浆被挤入可膨胀胶筒15内使其膨胀，实现第一次充填；

（5）井口放压，两个出液单流阀关闭，两个进液单流阀被打开，水泥浆再次通过上、下水泥浆进口进入上活塞腔下腔9和下活塞腔上腔21内并推动上、下活塞背向可膨胀胶筒15移动；

（6）重复步骤（4）、（5），直到可膨胀胶筒15完全膨胀与井壁贴合胀封，水泥浆凝固后形成固态密封，实现层间封隔。

本实用新型的固井用管外封隔器在使用时由于设有上下两个活塞腔，水泥浆可同时从上下两侧进入可膨胀胶筒，因此能够使可膨胀胶筒各部位膨胀程度基本保持一致且提高了充填效率；同时，由于可膨胀胶筒的上下两端均被约束，可膨胀胶筒发生膨胀时只有本身形状发生变化，其上下两端的胶筒固定套均不发生活动，因此省去了滑动密封套，从而解决了现有管外封隔器的可膨胀胶筒发生膨胀时滑动密封套向上活动，滑动密封套与中心管之间的动态密封难以保证的问题。

本实用新型的固井用管外封隔器在不改变现有固井工艺的基础上，固井碰压后，只需通过固井泵从地面往套管内反复打压与放压，即可将环空水泥浆吸入可膨胀胶筒内，实现可膨胀胶筒的胀封，不仅施工简单、可操作性强，而且在浅井、深井、大斜度井均能实现顺利胀封。

上述实施例中，上、下胶筒固定套分别与上、下缸套螺纹连接。在其他实施例中，上胶筒固定套还可以与上缸套为一体结构，当然，下胶筒固定套也可以与下缸套为一体结构。

上述实施例中，上、下胶筒固定套与中心管之间分别具有上、下间隙，上活塞腔下腔通过上间隙与可膨胀胶筒连通，下活塞腔上腔通过下间隙与可膨胀胶筒连通。在其他实施例中，上、下胶筒固定套还可以与中心管密封配合，在上、下胶筒固定套上分别开设上下延伸的上、下过流通道，其中上过流通道构成连通上活塞腔下腔与可膨胀胶筒的上连通通道，下过流通道构成连通下活塞腔上腔与可膨胀胶筒的下连通通道。

在其他实施例中，上钻井液进口也可以开设在中心管的管壁上距离上活塞腔顶部一段距离的位置，此时为保证上活塞上行不会越过上钻井液进口，需要在上活塞腔上腔内设置上限位结构以对上活塞的上移行程进行限位，上限位结构可以为限位销或者限位挡台等。当然，下钻井液进口也可以开设在中心管的管壁上距离下活塞腔底部一段距离的位置，此时为保证下活塞下行不会越过下钻井液进口，需要在下活塞腔下腔内设置下限位结构以对下活塞的下移行程进行限位，下限位结构可以为限位销或者限位挡台等。

Claims

1.一种固井用管外封隔器，包括上下延伸的中心管和套装在中心管外部的可膨胀胶筒，其特征是，中心管上还固定套装有上、下胶筒固定套，可膨胀胶筒的上端插装于上胶筒固定套的下端部内而被约束，可膨胀胶筒的下端插装于下胶筒固定套的上端部内而被约束；固井用管外封隔器还包括上、下活塞腔，上、下活塞腔分别位于可膨胀胶筒的上下两侧，上、下活塞腔内分别设有活塞而将对应活塞腔分为上下两部分，中心管的管壁上设有连通上活塞腔上腔与中心管的上钻井液进口以及连通下活塞腔下腔与中心管的下钻井液进口，上活塞腔下腔壁和下活塞腔上腔壁上分别设有上、下水泥浆进口，两水泥浆进口处分别设有进液单流阀；固井用管外封隔器还包括连通上活塞腔下腔与可膨胀胶筒的上连通通道以及连通下活塞腔上腔与可膨胀胶筒的下连通通道，上、下连通通道上分别设有出液单流阀。

2.根据权利要求1所述的固井用管外封隔器，其特征是，所述可膨胀胶筒具有上部延伸段和下部延伸段，上部延伸段和下部延伸段分别与中心管之间形成可供填充物进入的环形空间，上胶筒固定套的下端具有与可膨胀胶筒的上部延伸段过盈配合的上部配合段，下胶筒固定套的上端具有与可膨胀胶筒的下部延伸段过盈配合的下部配合段。

3.根据权利要求1或2所述的固井用管外封隔器，其特征是，上胶筒固定套的上端、下胶筒固定套的下端分别固定连接有套装在中心管上的上、下缸套，上缸套上端固连有上固定套且通过上固定套与中心管固定连接，上固定套、中心管、上胶筒固定套以及上缸套围成所述上活塞腔；下缸套下端固连有下固定套且通过下固定套与中心管固定连接，下固定套、中心管、下胶筒固定套以及下缸套围成所述下活塞腔；上、下胶筒固定套与中心管之间分别具有上、下间隙，其中上间隙构成所述上连通通道，下间隙构成所述下连通通道，或者，上、下胶筒固定套上分别开设有上下延伸的上、下过流通道，其中上过流通道构成所述上连通通道，下过流通道构成所述下连通通道。

4.根据权利要求3所述的固井用管外封隔器，其特征是，上胶筒固定套的上端与上缸套螺纹连接，下胶筒固定套的下端与下缸套螺纹连接。